Η Εφαρμογή της Τεχνολογίας Μικροκατεργασίας με Λέιζερ σε Συσκευές Βιολογικής Εφαρμογής
Εφαρμογή δύο
Κατασκευή ιατρικών συστατικών MEMS
Η τεχνολογία μικρο-ηλεκτρομηχανολογικού συστήματος βασίζεται στην τεχνολογία του 21ου αιώνα που βασίζεται στο μικρό και τη νανοτεχνολογία. Από τη δεκαετία του 1980, έχει εφαρμοστεί στην ιατρική βιομηχανία και οι σχετικές τεχνολογίες και τα προϊόντα της καλύπτονται σε τομείς βιοϊατρικής όπως ανίχνευση, διάγνωση και θεραπεία. Προς το παρόν, η τεχνολογία επεξεργασίας MEMS είναι κυρίως μια τεχνολογία για την επεξεργασία υλικών με βάση το πυρίτιο χρησιμοποιώντας χημική χάραξη ή διαδικασίες ολοκληρωμένου κυκλώματος. Ωστόσο, λόγω των χαρακτηριστικών των ιατρικών αντικειμένων επεξεργασίας MEMS και των βιομηχανικών εφαρμογών, υπάρχουν μεγάλες διαφορές και νέες τεχνολογίες και νέα υλικά χρησιμοποιούνται στην ιατρική περίθαλψη. Με τη συνεχή εφαρμογή του πεδίου, παραδοσιακές μέθοδοι επεξεργασίας με βάση το πυρίτιο δεν έχουν εφαρμοστεί στην επεξεργασία ιατρικών MEMS. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή τεχνολογία επεξεργασίας με βάση το πυρίτιο, η τεχνολογία μικροαποδόμησης λέιζερ δεν ισχύει μόνο για μια ποικιλία υλικών, αλλά μπορεί επίσης να επεξεργαστεί 3D μικροδομές με ακρίβεια υπο-μικρών. Έχει μια καλή προοπτική εφαρμογής στην επεξεργασία ιατρικών MEMS.
Η χρήση συστοιχιών μικροηλεκτροδίων υψηλής πυκνότητας για να προκαλέσει ή να καταγράψει νευρική δραστηριότητα είναι ένα πολύ περίπλοκο και σημαντικό ερευνητικό θέμα στον τομέα των νευρικών προσθέσεων. Οι Green et αϊ. δημιούργησε μια φορητή συστοιχία μικροηλεκτροδίων υψηλής πυκνότητας με τη χρήση τεχνολογίας μικροκατασκευής λέιζερ femtosecond χρησιμοποιώντας συμβατικά υλικά PDMS και αλουμινόχαρτο πλατίνας (Pt). Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η επιφανειακή δομή της συστοιχίας μικροηλεκτροδίων που παράγεται με τη μέθοδο μικροκατεργασίας με λέιζερ είναι ομοιόμορφη και τραχύτητα. Κατά προτίμηση, το μέγιστο πάχος σημείου ηλεκτροδίου στη συστοιχία είναι περίπου 200 μm.
Τα υλικά νιτριδίου του αργιλίου (AlN) έχουν χαμηλή αντιδραστικότητα σε βιολογικά περιβάλλοντα και είναι πολύ κατάλληλα για την κατασκευή βιοσυμβατών συσκευών. Χρησιμοποιώντας ζαφείρι ως βασικό υλικό, κατασκευάζεται μια δομή συστοιχίας κυματοδηγού στην επιφάνεια του φιλμ AlN και μπορεί να συνδυαστεί με ένα μικρορευστό σύστημα για τη διανομή φαρμάκων. Οι Safadi et al. χρησιμοποίησε excimer laser micromachining για την κατασκευή μιας δομής κυματοδηγού σε μια ταινία AlN με βάση το ζαφείρι. Αυτή η δομή σε συνδυασμό με μικρορευστογόνα μπορεί να παίξει σημαντικό ρόλο στην παράδοση φαρμάκων σε νευρικούς ιστούς.
Τα ελάχιστα επεμβατικά χειρουργικά εργαλεία παίζουν σημαντικό ρόλο στη βιοϊατρική διάγνωση και θεραπεία και οι καθετήρες εμπλέκονται σε πολλά ελάχιστα επεμβατικά χειρουργικά εργαλεία. Σε σύγκριση με τους συμβατικούς παθητικούς καθετήρες, ο ενεργός έλεγχος των καθετήρων με άκρη επιτρέπει μεγαλύτερη ακρίβεια και αποτελεσματικότητα. Lee et αϊ. ετοίμασε έναν τεχνητό μυ-καθετήρα βασιζόμενο σε πολυπυρρόλη (PPy) με τεχνολογία μικρομαχιοποίησης με λέιζερ και απέδειξε τη δυνατότητα ελέγχου του παρασκευασμένου καθετήρα τεσσάρων ηλεκτροδίων με δισδιάστατη κίνηση κάμψης, όπως φαίνεται στο σχήμα. Ο συνδυασμός ενός ενεργού καθετήρα που παράγεται με μικρομαγνητική τομογραφία και οπτική συνοχή επιτρέπει την οπτικοποίηση της υποεπιφάνειας του βιολογικού ιστού, επιβεβαιώνοντας τις ανώτερες δυνατότητες απεικόνισης της χρήσης αυτού του δομικού σχεδίου.
Σχήμα Ενεργός καθετήρας με βάση PPy που παρασκευάζεται με μικρομαγνητική επεξεργασία λέιζερ. (α) Κατασκευή καθετήρα τεσσάρων ηλεκτροδίων (β) Εικόνα SEM καθετήρα τεσσάρων ηλεκτροδίων που παρασκευάζεται με μικρομαγνητική επεξεργασία λέιζερ. (γ) Κίνηση κάμψης PPy στο ένα άκρο του καθετήρα
Οι γκοφρέτες πυριτίου χρησιμοποιούνται συνήθως βιοϋλικά για την παρασκευή βιοϋλικών. Οι Wongwiwat et al. μελέτησε τα αποτελέσματα των δομών συστοιχιών μικροκαναλιών και των τετραγωνικών δομών που υποβλήθηκαν σε επεξεργασία στην επιφάνεια των πλακιδίων πυριτίου χρησιμοποιώντας τεχνολογία μικρομαγνητικής κατεργασίας με λέιζερ στα βιολογικά χαρακτηριστικά των πλακιδίων πυριτίου, υποδεικνύοντας ότι η μικροδομή της επιφάνειας πλακιδίου πυριτίου μπορεί να είναι Αύξηση απορρόφησης πρωτεΐνης. Αν και αυτό θα προκαλέσει καρδιαγγειακές ή σχετιζόμενες με το αίμα ιατρικές συσκευές να παράγουν θρόμβους κατά τη διάρκεια της εφαρμογής, η αυξημένη απορρόφηση πρωτεϊνών μπορεί επίσης να προάγει την επέκταση των κυττάρων. Αυτό ισχύει για τις βιοϊατρικές εμφυτευμένες συσκευές MEMS όπως μικροτσίπ, αισθητήρες πίεσης και συστήματα διανομής φαρμάκων. Η εφαρμογή είναι πολύ χρήσιμη.
Το πρόβλημα της προετοιμασίας δομών μικρο-νανο-ινών σε σχήμα 3D ήταν πάντα ένα πρόβλημα που δεν μπορεί να εφαρμοστεί αποτελεσματικά στον τομέα της μηχανικής ιστών. Kim et αϊ. χρησιμοποίησε την τεχνολογία επεξεργασίας λέιζερ femtosecond για την επεξεργασία δομών 3D πόρων σε δομές 3D μικρο-νανοϊνών που παράγονται με ηλεκτροσύνδεση.
Το στοιχείο αναγέννησης περιφερικού νεύρου είναι μια πολυμερής δομή πολυμερούς κατασκευασμένη από βιοϋλικά όπως πολυ-ϋ-γαλακτικό οξύ (PDLA) και πολυβινυλική αλκοόλη (PVA). Η μεμβράνη PDLA είναι αποικοδομήσιμη σε 4-6 μήνες και η μεμβράνη PVA διαλύεται σε περίπου δύο εβδομάδες στους 37 ° C. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων Kancharla et al.' s 2002 έδειξαν ότι η τεχνολογία μικροαποδόμησης λέιζερ είναι εφικτή για την παρασκευή βιοαποικοδομήσιμων μικρο-ιατρικών συσκευών.
Η ελαχιστοποίηση των βιοϊατρικών συστατικών, ιδίως η μετάβαση από τις βιομικροβιομηχανίες στα βιοϋλικά, αποτελεί πρόκληση για τους ερευνητές. Στον τομέα της βελτίωσης των ιατρικών συσκευών, της πρόληψης, της διάγνωσης και της θεραπείας ασθενειών, το MEMS έχει πιθανές εφαρμογές. Η μικρογραφία είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό του MEMS. Με τη συνεχή ανάπτυξη της τεχνολογίας MEMS στον βιοϊατρικό τομέα, ο τρόπος με τον οποίο η επεξεργασία με ακρίβεια και ταχύτητα γίνεται όλο και πιο περίπλοκο και ακριβές συστατικά έχει γίνει ένα σημαντικό ζήτημα για την ανάπτυξη MEMS στον βιοϊατρικό τομέα.
Η τεχνολογία μικρομαχιοποίησης με λέιζερ καθιστά αδύνατη για τις συμβατικές μεθόδους μικρομάθησης να πραγματοποιούν ιατρικά μικροηλεκτρομηχανικά προϊόντα όπως ιατρικούς καθετήρες, μικροτσίπ και συστήματα διανομής φαρμάκων. Παρόλο που μόλις ξεκίνησε η εφαρμογή της τεχνολογίας μικρομάθησης λέιζερ στο βιοϊατρικό MEMS, αλλά η άμεση μικρομαγνητική κατεργασία με λέιζερ και η στερεολιθογραφία με λέιζερ που βασίζεται στον μηχανισμό κατάλυσης λέιζερ έχουν λάβει όλο και περισσότερη προσοχή και έρευνα, η τεχνολογία μικρομαχοποίησης λέιζερ δεσμεύεται να προωθήσει την ευρεία εφαρμογή του βιοϊατρικής και προωθεί την ανάπτυξη της σύγχρονης ιατρικής μηχανικής.